단일벽 탄소나노튜브/실리콘 접합 고효율 태양전지
탄소 나노튜브(CNTs; Carbon Nanotubes) 및 실리콘으로 구성된 하이브리드 태양 전지는 CNTs의 뛰어난 광전기 특성 및 성숙한 실리콘 태양 전지 기술의 장점을 활용할 수 있는 새로운 종류의 태양광 분야라 할 수 있다. 실리콘 기판 위에 증착된 투명 CNTs 박막은 전하를 수집하는 전도성 전극 및 생성된 광전하를 분리할 수 있는 내장 전압(built-in voltage)을 형성하게 된다. 이러한 측면에서 이중벽 또는 다중벽 탄소 나노튜브에 비해 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNTs; Single-Walled CNTs)가 적합하다고 할 수 있다. SWCNTs는 밴드갭 튜닝이 가능하고, 직접형 밴드갭 천이(direct bandgap trasition) 특성이 있고, 또한 전하 수송 능력이 더 뛰어나기 때문이다. 참고로 간접형 밴드갭의 경우 천이 과정에서 에너지 손실이 발생하게 된다.
미국 Yale University 소속 Andre D. Taylor 교수가 이끄는 연구진은 단일벽 탄소 나노튜브와 실리콘 사이의 접합을 이용해 고효율 태양전지를 개발하는데 성공했다. 연구 결과는 2012년 12월 13일자 Nano Letters지에 “Record High Efficiency Single Walled Carbon Nanotube Silicon p n Junction Solar Cells”란 제목으로 게재됐다.

그림. 탄소 나노튜브 및 실리콘 기판 경계면에서 발생하는 전하 거동에 관한 모식도.

연구진은 n 타입 실리콘 웨이퍼 위에 순수한 p 타입 단일벽 탄소 나노튜브를 증착하여, p-n 접합 형성을 위해 고온 프로세스 없이 태양전지를 개발했다. 전력 변환 효율은 11% 이상으로 관련 분야 최고 효율을 달성할 수 있었다. 온도에 따라 게이트 전압과 전류 밀도 사이의 관계를 살펴본 결과, 상온에서 소자의 이상계수(ideality factor) n은 1.05~1.15 수준의 값을 나타냈다. 기존 CNT/실리콘 태양 전지의 경우 1.4~3.8 수준의 높은 이상계수를 보였었다.
본 연구는 하이브리드 태양 전지 역시 단결정의 p-n 헤테로 접합과 유사한 방식으로 구동함을 보여준다. 연구진은 높은 전력변환효율을 보이는 CNT/Si 태양 전지를 개발하는데 성공했다. 온도에 따른 전기적 거동을 살펴봄으로써 확산 기반의 p-n 접합 수송 현상과 실리콘 내에 발생된 광전하가 크게 기여하고 있음을 알 수 있었다. 뛰어난 태양광 특성을 지닌 실리콘 자체를 간단한 저온 공정을 통해 태양 전지로 제작할 수 있었다. 복잡한 공정을 요구하지 않는 본 기술은 다양한 태양광 분야에 적용 가능할 것으로 전망된다. GTB

초박형 부식층 박막을 이용하여
물의 분해를 위한 태양광을 모으다
물 분자는 수소를 저장하고 있는 거대한 장소이다. 현재 “수소 경제”는 많은 관심을 끌어오고 있고, 문제는 “어떻게 수소를 저장할 지”이다. 한 가지 방법으로 태양광을 이용한 광전기분해를 통하여 물을 분해하는 것이다. 광전기분해 과정은 태양광을 모아, 전기적으로 물 분자를 분해하기 위한 전류로 전환하고, 수소를 저장하는 것이다. 몇몇 반도체 물질들은 태양광을 하전된 캐리어(예를 들면, 전류)로 전환이 가능하다.
우리는 많은 양의 수소가 필요하기 때문에, 물 속 환경에서 안정적이고 무독성, 풍부한 양, 저렴한 비용, 가시광선을 흡수할 수 있는 조건을 만족하는 많은 양의 반도체 물질이 요구된다. 박막에 형성된 부식층은 이러한 조건을 만족시킨다. 그러나 a-Fe2O3 (hematite)는 전환 능력이 비교적 떨어지고, 생성된 하전 캐리어는 분해에 쓰이기 전에 다시 재결합할 수 있다.
Nature Materials에 따르면 Technion-Israel Institute of Technology의 연구진은 광전기분해의 산화전극 또는 광산화전극의 재결합 문제에 대한 해결점을 발견하였다. 이 논문에서 Technion’ Department of Materials Science and Engineering의 교수인 Avner Rothschild는 ‘우리가 연구한 박막은 빛의 흡수와 하전된 캐리어의 재결합 문제를 해결하여, 초박형 박막에서 효과적으로 빛을 흡수하고 하전된 캐리어를 모은다’고 설명한다.
20 나노미터 두께의 a-Fe2O3 박막 효율은 두 가지 요소를 통하여 얻는다. 첫 번째, 논문의 초록에 따르면, 박막은 광학적 결합층으로 설계되었는데 빛을 모으고 효과적으로 하전된 캐리어를 모을 수 있다. 산화철에서 가시광선의 투과 깊이는 1 마이크로미터 정도지만, 하전된 캐리어는 2 나노미터 수준의 범위에서 수집된다. 그래서 중요점은 20 나노미터 범위로 빛을 밀어내거나 잡아서 표면과 같이 전하가 필요한 위치에 빛을 이끄는 것이다.
Rothschild는 ‘거울과 같은 전반사 기판의 1/4 파장이나 보다 깊은 파장을 갖는 박막에서 빛은 흡수될 것이다. 전면반사와 후면반사 사이의 간섭은 재결합이 일어나기 전 하전된 캐리어를 수집할 수 있는 표면 근처에서 빛의 흡수를 도와준다. 탈출한 포톤은 첫 광산화전극 앞에서 초단위로 초박형 박막 광산화전극에 의해 다시 흡수될 것이다. 그리하여 20 나노미터 두께의 a-Fe2O3 박막을 이용하여 효율적으로 포톤을 저장할 수 있다.’고 설명한다. 이와 같은 방법으로 빛 흡수도는 광산화전극의 표면 근처에서 증폭되고 이것은 재결합 전에 물을 산화시킬 것이다.
효율을 최대화시키기 위한 두 번째 요소는 광산화전극 표면의 기능성 디자인에 있다. 초록에서 V 모양의 셀은 이와 같은 초박형 박막에서 빛의 저장을 효과적으로 높일 것이라 설명한다.
Rothschild는 이 새로운 기술은 비용을 절감시키고 태양전지에서 초박형 산화철 광산화전극은 실리콘 기반의 태양전지와 같이 결합하여 전기와 수소를 생산할 것이라 기대한다고 이야기한다. 그는 또한 빛 수집 연구는 2차 태양전지 셀이라고 부르는 CdTe와 Cu-In-Ga-Se과 같은 희토류 원소의 사용을 줄일 것이라고 설명한다.
H. Dotan, O. Kfir, E. Sharlin, O. Blank, M. Gross, I. Dumchin, G. Ankonina와 A. Rothschild에 의해 쓰여진 이 논문은 “esonant light trapping in ultrathin films for water splitting,”란 제목으로 Nature Materials에 게재되었다(doi: 10.1038/nmat3477). ACB

집광형 태양발전 시장의 위기와 기회
많은 애널리스트들과 기업가들은 태양광발전(Photovoltaic, PV) 기술에 대해 밝은 미래를 예상하고 있다. 그러나 일부 투자자들은 태양전지판의 과잉 공급으로 이런 미래에 부정적이기도 하다. 집광형 태양발전(Concentrated PV)에 있어 선도적인 역할을 해왔던 SolFocus사는 자사의 일부를 매각하기 위해 조직을 재구성하고 있으며, 일부 인원은 정리해고 할 것이라고 밝혔다. 200백만 달러(약 2,100억원)의 자금을 모금했던 이 회사는 이미 15 MW규모의 설비를 건설하였으며, 다양한 프로젝트들을 수행하고 있었다. 그러나 벤처투자자들은 수익성이 없다는 이유로 이 회사에 대한 투자를 꺼려하고 있다.
다수의 CPV 회사들은 태양발전에 대한 심각한 가격 하락 압박으로 문을 닫아야 하거나 조직을 재편해야 했다. 신생기업인 GreenVolts사는 지난 9월 투자자 중 하나인 ABB가 투자를 포기함에 따라 GreenVolts의 일부 자산을 판매해야 했다. 오랜 기간 CPV를 공급했던 Amonix는 올해 초 기대보다 수요가 낮아 네바다에 건설하기로 했던 계획을 포기하기도 하였다.
그러나 CPV 산업에 나쁜 소식만 있는 것은 아니다. 신생업체인 Semprius는 Pratt & Whitney Rocketdyne사가 캘리포니아 에드워즈 공군기지(Edwards Air Base)에 200 kW규모의 실증테스트용 태양집열기(Solar Collector)를 건설할 예정이며, 여기에 Semprius의 새로운 기술을 적용할 계획이라고 발표하였다.
CPV 전지판은 전통적으로 렌즈와 반사경을 사용하여 태양광을 집중한다. 이를 통해 수 백 개의 태양이 내보내는 듯한 에너지를 만들어 낸다. 태양광은 고효율 삼중 접합셀(Triple Junction Cell)에 집중되어 일반적으로 20%의 효율을 가진 태양전지판 대비 더 많은 전기를 생산할 수 있다. Amonix는 지난달 태양광을 전기로 변환하는 효율이 33.5%에 달했다고 발표하였다. 그러나 태양광이 매우 화창한 날에 작동하는 이들 CPV 시스템에게는 태양을 추적할 수 있는 트랙커(Tracker)가 필요하기 때문에 보다 복잡하고 비용이 높았다. 미국 내 설치된 최대 CPV 설비는 콜로라도(Colorado) 주에 위치하고 있다. 이 설비는 Cogentrix사가 운영하고 있으며, 분석가들은 사용된 기술이 장점을 갖고 있다고 말한다. IMS Research가 발표한 최근 보고서에 따르면, 2016년까지 1.2 GW의 CPV가 건설될 것이라고 예상하고 있다. 그 이유는 이 기술이 평면형 태양전지판 대비 경제적으로 에너지를 생산할 수 있기 때문이다.
새로운 CPV 기술은 기존 기술보다 비용 효율적인 장점이 있다. Semprius의 태양집열기는 33.9%의 효율을 보여주고 있으며, 그 동안의 CPV 시스템과는 완전히 다르다고 할 수 있다. Semprius의 집열기는 경제적인 기질(Substrate) 위에 갈륨-비소(Gallium Arsenide)로 이루어진 수 백 개의 작은 삼중접합셀로 구성되어 있다(사진 참조). 이러한 마이크로셀을 이용하면 일반 CPV 시스템 대비 효과적으로 열을 이용할 수 있다. 이 회사는 유틸리티 규모의 발전설비에 kWh당 10센트 정도의 비용이 필요할 것으로 예상하고 있다. 에드워즈 공군기지의 실증 테스트는 향후 규모 확장을 위한 회사 전략 일부로서 발전에 대한 실질적인 비용 추정과 이를 통한 차별화된 기술 여부를 확인할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 비용이 빠르게 하락하고 있는 현재 상황에서 Semprius와 같은 회사들은 오랫동안 지원할 수 있는 투자자가 필요할 것으로 보인다. GTB

유기박막 태양전지 셀
접합 전극층 형성
진공 프로세스 불필요
안과 밖 양면 모두 빛으로 발전
慶應義塾大學의 白鳥世明 준교수 등 연구팀은 값싼 차세대 태양전지로 기대되는 유기박막 태양전지 셀을 진공 프로세스 없이 만드는데 성공했다. 지금까지 진공을 필요로 했던 전극층 형성 프로세스에 대해서 접합으로 형성할 수 있는 방법을 개발했다. 변환효율은 약 2%. 시작한 셀은 반투명하여 안팎 양면이 빛으로 발전할 수 있기 때문에 새로운 용도를 기대할 수 있다.
유기박막 태양전지는 빛을 전기로 바꿀 수 있는 광전 변환층에 유기반도체를 사용한 태양전지. 실리콘 등 무기계에서는 불가능한 「도포하여 만든다」는 유기화합물 특유의 특성을 살려서 저렴한 차세대 태양전지로 실용화 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 광전 변환층은 도포하여 만들 수는 있어도 빛으로 생긴 전기를 유도하는 전극층의 형성은 증착법이 주류로 진공 프로세스가 필요하게 된다.
이번에 이 전극층을 진공 프로세스가 아닌 접합만으로 형성하는 방법을 개발했다. 전극층은 은의 나노입자가 분산한 용액 위에 도전성 고분자 PEDOT와 PSS, 유기용매인 DMSO라는 화합물의 혼합용액을 도포한 것. 이 전극층을 광전 변환층에 눌러서 붙인다. 광전 변환층에는 종래의 유기박막 태양전지에서 흔히 사용되는 P3HT와 PCBM라는 유기 반도체를 이용했다. 변환 효율은 DMSO와 P3HT, PCBM의 혼합 비율에 따라 결정되는데, 최대 약 2%를 보였다.
전극층은 투명하며 셀 전체도 반투명하기 때문에 안팎 양쪽에서 오는 빛으로 발전한다. 연구팀은 주택이나 자동차 유리창에 붙이는 용도를 상정하고 있다. 앞으로 전극의 부착 방법의 개량으로 변환 효율 7-8%를 목표로 하고 있다. 일간공업

불량 웨이퍼를 걸러내는 장치
제조업체들은 더 우수하고 저렴한 태양전지 제조법을 필요로 하고 있다. 그런데 이제는 태양전지로 제작되기 되기 전에 쓸모없는 실리콘 웨이퍼를 걸러내는 태양전지로가 태양전지산업의 비용을 연간 수십억 달러씩 절약시켜줄 수 있을 것이다.
태양전지의 5~10퍼센트는 품질이 떨어지는 실리콘 웨이퍼로 인해 제조과정에서 불량품이 될 운명을 갖고 있으며, 그러한 웨이퍼들은 결국 조립라인 위에 올라간다. 웨이퍼는 산화, 어닐링, 정제, 확산, 식각 및 층을 이루게 되는 조립라인을 통과하면서 상처를 입게 된다. 2010년 전 세계 태양전지 산업의 매출은 대략 820억 달러에 달했는데, 이것은 만약 그 중 10퍼센트의 불량이 발생했다면 손실액이 수십억 달러에 이른다는 것을 의미한다. 그런데 이번에 미 에너지부 국립재생에너지연구소(NREL)의 과학자들이 실리콘 웨이퍼가 조립라인에 도달하기 전에 그 강도를 시험하는 장비를 개발했다.
SPWSS(Silicon Photovoltaic Wafer Screening System)라는 명칭의 이 장치는 한 변의 길이가 15인치 정도인 정육면체 모양의 가열로로서, 웨이퍼에 열 압력을 가해 그 웨이퍼가 험난한 제조공정에서 살아남을 것인지를 판단한다. 대형 샌드위치를 가열하는데 쓰이는 토스트 벨트와 비슷하게, 각각의 웨이퍼는 15mm의 좁은 고강도 조명이 비치는 영역을 통과한다. 여기서 웨이퍼는 정밀하게 조정된 고온 형태의 열 압력에 노출된다. “우리는 매운 높은 온도 피크를 만든다. 유리컵에 매우 뜨거운 물을 붓는 것과 같은 열 압력을 만드는 것이 아이디어”라고 SPWSS 연구의 주연구자인 NREL의 과학자 부샨 소포리(Bhushan Sopori)는 말했다.
SPWSS를 제작하기 위해서, 소포리는 광학공동 가열로(optical cavity furnace) 분야에서의 자신의 성과를 기반으로 삼았다. 광학공동 가열로는 광학을 이용하여 가열하여 태양전지의 효율은 급격히 높이면서도 태양전지를 대단히 높은 정밀도로 정제한다. 이 장치는 사다리꼴 프리즘 형태로 인해서 빛의 초점을 좁게 만들어 강도를 높이는 것이 가능하다. 가열로의 세라믹 벽은 빛을 집광 영역으로 반사시킴으로써 거의 어떠한 에너지도 손실되지 않게 보장한다. “SPWSS에 쓰일 빛을 발생시키는 가장 효율적인 방법은 광학공동 가열로와 함께 사용하는 것”이라고 소포리는 말했다.
압력이 웨이퍼를 통과하여 진행하도록 만드는 것은 열에너지의 급속한 증가이며, 이것은 가열로의 기하학적 형태와 고반사성 표면에 의해 가능하다. 웨이퍼의 15mm 폭의 띠는 500°C의 압력을 느끼지만, 그 옆의 띠는 훨씬 더 차갑게 느낀다. 뜨거운 띠는 팽창하려 하지만, 차가운 띠는 그러한 팽창을 조금도 원치 않는다고 연구팀은 말했다. 이러한 힘들의 경쟁이 압력을 일으키는 것이다. 이따금씩 열 압력으로부터 발생하는 미세균열은 조립라인을 통과하면서 약한 웨이퍼에 발생할 압력을 반영한다. 그 차이는 값비싼 웨이퍼 코팅과 층들이 추가되기 전에 열 검사가 먼저 수행된다는 것이다.
깨진 웨이퍼로 인한 매출 손실은 웨이퍼가 완성에 가까워짐에 따라 크게 증가하며, 다른 에너지 기술들에 대한 태양에너지의 비용 경쟁력에 있어서 중요한 장애가 된다. 최근 미국의 태양전지 생산 글로벌 시장점유율은 1997년의 42퍼센트에서 2011년의 4퍼센트로 크게 감소하였다. 이러한 추세 때문에, 미국을 다시 경쟁력 있는 태양전지 제조국가로 만들기 위해서는 태양전지 제조공정에 큰 변화가 필요할 것이라고 정보 분석가들은 말하고 있다.
수동식 SPWSS는 한 시간에 1200장의 웨이퍼를 검사할 수 있으며 그 비용은 6만 달러이다. 이것은 대부분의 제조업체들이 컨베이어 속도를 낮추지 않고 모든 웨이퍼를 검사할 수 있을 정도로 충분히 신속한 속도이다. 10만 달러가 드는 이 장치의 업그레이드 버전은 부러진 웨이퍼를 자동으로 분리할 수 있다. 잘못된 웨이퍼들은 치워져서 용해되어 다시 태양전지 등급의 실리콘 덩어리로 가공된다. 이 시스템은 어떠한 조립라인에도 결합될 수 있으며 연간 수십억 달러에 달하는 태양전지 제조업체들의 비용을 절감시켜 줄 수 있을 것이다. GTB
그림1. 실리콘 태양전지 웨이퍼 검사 시스템은 웨이퍼에 열 압력을 가하여 그 웨이퍼가 태양전지로 바뀌는 혹독한 과정을 견딜지를 판단한다.
그림2. SPWSS로부터 나오는 태양전지 웨이퍼
그림3. 연구진

태양전지 효율 향상을 위한 광포획 표면
태양광발전(Photovoltaic) 전지의 효율을 개선하는 일은 재생가능 에너지 분야에 있어 극복해야 할 큰 도전 중 하나이다. 현재 실험실 규모에서 약 절반 가량의 태양광을 전기로 전환할 수 있다(약 44%). 그러나 실제 상업용으로 판매되는 태양전지의 효율은 이 수준의 약 절반 밖에 되지 않는다. 효율을 개선하는 한 가지 방법은 셀에 반사되거나 이를 통과하는 빛의 양을 최소화하는 것으로, 막대한 에너지 손실을 막을 수 있다. 일반적인 방법은 셀의 최적 주파수에서 반사를 최소화하기 위해 무반사 코팅(Anti-reflection Coating) 기술을 이용하는 것이다.

그러나 이 방법에도 문제는 있다. 무반사 코팅이 빛 반사를 방지하는데 우수한 효과를 보여주지만, 빛이 투과되는 것을 막을 수는 없다. 또한 차세대 박막태양전지(Thin Film Solar Cells)의 경우 이러한 문제가 더 심각하다. 일부의 경우, 거의 절반 가량의 빛이 그대로 투과된다. 따라서 최근 실시되는 대부분의 연구는 다른 접근방안을 고려한다. 즉 셀로 들어오는 빛을 포획한 후 이를 표면에 가두는 것(Trapping)이다. 이 방식은 반사 및 투과를 모두 막을 수 있어 박막태양전지의 효율을 크게 개선시킬 수 있다. 물론, 상업적으로 실현 가능하게 만들기 위해 어떻게 최적화된 상태로 이 기술을 적용할 수 있는가에 대한 문제는 해결되어야 할 것이다.
핀란드 알토대학(Aalto University)의 Constantin Simovski와 동료들은 이러한 아이디어를 구현할 수 있는 새로운 빛-포획(Light-trapping) 구조를 설계하고 있다. 이들의 아이디어는 규칙적인 배열을 가진 은 나노안테나(Silver Nanoantennas)를 셀 위에 덮는 것이다(그림 참조). 이 나노안테나는 외부에서 들어오는 일반적인 파장을 특정 파장으로 변환하여 태양전지 슬랩(Slap) 전체에 전파시키는 역할을 한다.
연구진은 이론적 연구와 함께 나노안테나가 얼마나 효율을 개선시킬 수 있는지에 대해 시뮬레이션 작업을 수행하였다. 이들이 얻은 결론은 희망적이다. 연구진은 “우리는 나노안테나를 매우 얇은 두께의 태양전지에 적용했을 때 효율을 크게 개선시킬 수 있다는 것을 입증하였다”고 말했다. 또한 이번 시뮬레이션을 통해 흥미로운 계산결과도 얻어낼 수 있었다. 연구진은 시뮬레이션을 통해 일반 무반사 코팅으로 손실되는 빛은 7%이지만, 투과로 인해 손실되는 빛은 약 46%에 달한다는 것을 발견하였다. 이와 반대로 이들이 개발한 빛-포획 기술을 적용하면 반사로 인해 20%의 빛을 잃어버리지만, 투과로 손실되는 양은 오직 8% 뿐인 것으로 나타났다. 그리고 표면 차제로 인해 6%의 빛을 추가적으로 흡수할 수 있었다.
이러한 결과는 기존 연구에서 얻었던 결과에 대비해 우수하다. 그러나 제조 비용이 얼마나 될 것인가에 대한 중요한 문제가 남아 있다. Simovski와 동료들은 박막태양전지 표면에 나노안테나 어레이를 프린트하는 새로운 제조기술이 낮은 비용만으로도 가능할 것으로 보고 있다. 그러나 향후 상업화와 관련하여 원하는 규모에서 이러한 기술이 적용되었을 때에도 이러한 경제성을 유지할 수 있는지는 두고 보아야 할 것 같다. 그럼에도 향후 박막태양전지가 충분한 가격 경쟁력을 갖추게 된다면 이러한 빛-포획 기술은 효율 개선에 아주 유용하게 활용될 것으로 기대된다. GTB

색소증감 태양전지
변환효율 12.5% 달성
색소화합물 개량
東京大學 先端科學技術硏究센터의 瀨川浩司교수 등 연구팀은 색소증감형이라는 차세대 태양전지에서 변환효율 12.5%를 달성했다. 지금까지의 최고치를 갱신했다. 핵심 재료인 색소화합물을 개발하여 실현했다. 약한 강도의 빛을 조사했을 때의 변환효율은 13.3%로 더 올라간다. 개량을 거듭하여 2년 이내에 15%를 목표한다.
빛을 전기로 변환하는 층을 겹친 탄뎀형 색소증감 태양전지 셀로 달성했다. 셀의 크기는 사방 4밀리미터. 독자 개발한 색소와 N719라는 기존의 색소재료를 각각의 층에 사용했다.
지금까지 색소증감 태양전지에서 보고되어 있는 변환효율은 단일 광전변환층의 경우 12% 전반, 탄뎀형이라도 11.5%가 최고였다.
태양전지 셀의 변환효율은 조사하는 빛의 강도에 따라 값이 바뀌므로 광 강도를 1평방센티미터 당 100밀리와트로 측정하는 것이  기준이 되고 있다. 이번에 달성한 변환효율은 그 기준으로 측정한 것. 색소증감 태양전지는 실리콘계 태양전지와 달리 빛의 강도가 약해지면 변환효율이 높아지는 것이 있다. 이번에 시작한 셀의 변환효율을 같은 기준의 30%의 강도로 측정한 결과 13.3%를 기록했다.
독자 개발한 색소는 블랙다이라는 루테늄을 포함하는 색소화합물을 개량한 것. 블랙다이가 가진 질소, 유황, 탄소의 원자단(原子團)을 염소나 인의 원자단으로 바꾸었다. 전해액 등 다른 구성 부재는 기존의 것을 사용했다. 디바이스 구조를 최적화할 여지가 있다고 보고 변환효율 15%를 지향한다.
색소증감 태양전지는 종래의 실리콘계 태양전지에 비해 저가로 제작할 수 있는 차세대 태양전지로 실용화를 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 일간공업

수납할 수 있는 태양광 장치
나벨이 대피시나 행사용으로 슬라이드식 발매
나벨(三重縣 伊賀市, 사장 永井規夫)은 콤팩트하게 수납할 수 있는 태양광 발전기 「이동식 신축 솔라 패널」을 발매했다. 3장의 태양광 패널을 가로로 넓힐 수 있는 슬라이드 방식으로 받침대에는 바퀴가 달려 있어 간단히 이동할 수 있다. 태양전지의 출력은 216와트, 배터리 용량이 115암페어시(時). 가격은 60만 엔 전후. 지방자치단체나 이벤트 회사 등에 제안하여 첫해 50대의 판매를 계획하고 있다.
정전 시 등 풀 충전으로 150와트의 전기 제품을 약 10시간 연속하여 사용할 수 있고, 사용 중에도 태양광에 의한 전력 공급이 가능. 수납 시의 크기는 폭 797밀리 × 높이 1331밀리 × 깊이 721밀리미터, 펼쳤을 때의 크기는 폭 1706밀리 × 높이 1331밀리 × 폭 721밀리미터, 전체 중량은 90킬로그램.
이 회사는 공작기계나 광학기계 등의 메이커. 태양광 발전기의 개발은 처음으로 신축하는 아이디어의 움직임에서 생겨났다. 氷井사장은 대피소나 이벤트 등 여러가지 장소에서의 사용을 제안해 나갈것이라고 전했다. 일간공업

값싼 신형 태양전지
재료에 페로브스카이트 화합물 변환효율 11%
桐蔭橫浜大學과 영국 옥스퍼드 대학 연구팀은 빛을 전기로 바꿀 수 있는 재료로 「페로브스카이트」라는 결정구조를 가진 화합물을 사용한 새로운 타입의 태양전지를 개발했다. 변환효율은 10.9%. 재료는 저렴하며 페인트처럼 발라서 만들 수 있다. 개량하면 변환효율을 15%까지 올릴 수 있을 것이라고 한다.
개발한 태양전지는 산화티탄 층에 다공질의 알루미나 입자를 배치하고, 그 위에 페로브스카이트 화합물을 얹어 유기반도체로 덮은 구성이다.
페로브스카이트 화합물은 메틸암모늄, 납, 요소, 염소로 이루어지며 유기반도체에는 스피로비플올렌을 사용했다. 사방 약 1센티미터의 셀을 발라서 제작하고 변환효율 10.9%를 기록했다. 알루미나는 절연체인데 페로브스카이트층의 표면적을 넓혀 빛을 잘 흡수하도록 하는 역할을 하고 있다고 한다.
유기반도체 이외에는 값싼 재료로 도포하여 만들 수 있기 때문에 실용성은 높다고 한다. 앞으로 알루미나 입자의 배치를 개량하여 전기가 잘 통하도록 하거나 페로브스타이트의 할로겐 원소를 바꾸어 흡수할 수 있는 빛의 파장을 넓히거나 하여 변환효율을 높인다. 차세대 태양전지로서 색소증감 태양전지가 기대되고 있는데, 열쇠가 되는 재료의 색소가 고가라는 점이 문제. 따라서 桐蔭橫浜大學의 연구팀은 색소를 화합물로 치환하는 연구를 진행하는 중으로, 페로브스카이트 화합물에 주목했다. 페로브스카이트는 광물에서 볼 수 있는 결정구조의 일종으로 하드디스크 등에 응용되고 있다. 단 습기에 약하기 때문에 태양전지로 실용화하려면 봉지(封止) 등의 대책이 필요하게 될 가능성이 있다고 한다.
일간공업

아모르파스 실리콘 태양전지
그룹 판매망 활용
각종 센서 탑재 등 새로운 용도 개척
파나소닉은 2012년도에 아모르파스(비정질) 실리콘 태양전지를 그룹의 판매망에서 취급한다. 주택용 결정계 태양전지는 구(舊) 三洋電機의 판매망과 함께 파나소닉 그룹의 판매망도 활용함으로써 점유율을 확대해 나가고 있다. 아모르파스 실리콘 태양전지에서도 같은 효과를 노린다. 손목시계나 계산기 이외에 각종 센서의 탑재 등 새로운 용도도 넓혀 가고 있어 그룹 전체적으로 사업을 육성한다.
새로이 그룹에서 확대 판매하는 것은 三洋아모르톤(福島縣 喜多方市)이 생산하고 있는 아모르파스 실리콘 태양전지 「아모르톤」. 三洋아모르톤은 세계적으로 약 25곳의 거점을 가지고 있다. 그러나 옛 三洋電機의 판매망으로는 신규 고객의 개척에 한계가 있으므로 파나소닉 그룹의 판매망을 본격 활용한다. 詳細 詰 단계로, 일본을 주축으로 신규 고객을 개척할 방침이다. 독자 구조의 결정계 태양전지 「HIT태양전지」는 옛 三洋電機와 함게 파나소닉의 판매망 활용으로 일본 내 점유율이 확대되고 있다. 비정질의 아모르톤도 그룹 판매망을 사용하여 사업 확대를 꾀한다. 아모르톤의 사업 규모는 비공개이지만 흑자 사업으로 매상고도 학대되고 있다. 고객으로부터 문의도 쇄도하고 있으므로 제안을 적극적으로 해 나가고 있다.
아모르톤의 광전변환효율은 7-8%로 용도에 따라서 유리, 스테인리스, 폴리미드 수지 등 3 종류의 기판을 각기 분류하여 사용한다는 것이 특징. 민생기기용으로 전개하여 실내외에서 모두 대응하고 있다.
파나소닉에 따르면 주력인 손목시계용으로는 일본 점유율 약 70%를 차지한다고 한다. 일본과 중국, 인도 등 이외에 유럽에서의 확대 판매도 시야에 넣고 있다. 일간공업